JP6068282B2 - Wireless sensor terminal - Google Patents
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Description
本発明は、自然環境等の状態変化をセンシングする技術に関する。 The present invention relates to a technique for sensing a state change of a natural environment or the like.
近年、温度や振動、光量等の環境情報を取得する多数の無線センサ端末を身の回りに配置し、検知された情報を収集して解析することによりサービスを提供するセンサネットワークが商用化されつつある。図6は、従来の無線センサ端末の内部構成である。自端末内に備える電源部からの電源電圧によりセンサ回路等の構成群を駆動している(特許文献1)。 In recent years, sensor networks that provide services by arranging a large number of wireless sensor terminals that acquire environmental information such as temperature, vibration, and light quantity around the person, and collecting and analyzing the detected information are being commercialized. FIG. 6 shows an internal configuration of a conventional wireless sensor terminal. A configuration group such as a sensor circuit is driven by a power supply voltage from a power supply unit provided in the terminal (Patent Document 1).
しかしながら、無線センサ端末の構成群を電源部で駆動するため、所定の時期に電池を交換する必要があった。これについて太陽電池を利用する方法も考えられるが、全ての構成群に電圧が常時供給され恒常的に消費されるため、この消費量を上回るような大きさや性能を持つ太陽電池が必要となり、無線センサ端末のサイズやコストが増大してしまう。 However, since the group of wireless sensor terminals is driven by the power supply unit, it is necessary to replace the battery at a predetermined time. A method using a solar cell is also conceivable, but since a voltage is constantly supplied to all the constituent groups and constantly consumed, a solar cell having a size and performance exceeding this consumption is required, and wireless The size and cost of the sensor terminal will increase.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、無線センサ端末内でのエネルギー消費量を改善し、無線センサ端末の低コスト化を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the energy consumption in a wireless sensor terminal and to reduce the cost of the wireless sensor terminal.
請求項1に記載の無線センサ端末は、外環境に起因する環境エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子と、前記電気エネルギーを蓄積する蓄電素子と、前記環境エネルギーによって内部の接点が電気的に接触して入出力端が導通状態に変化した時に、前記蓄電素子に蓄積されている電気エネルギーを無線伝送部に供給する接点型センサ素子と、前記接点型センサ素子から供給された電気エネルギーで駆動し、駆動時に信号を無線伝送する無線伝送部と、を有し、前記無線伝送部で単位時間あたりに消費される電気エネルギーの量は、前記蓄電素子に単位時間あたりに蓄積される電気エネルギーの量よりも大きく、前記無線伝送部は、前記接点型センサ素子が前記導通状態に変化したことを前記信号として無線伝送することを要旨とする。
The wireless sensor terminal according to
請求項2に記載の無線センサ端末は、請求項1に記載の無線センサ端末において、前記無線伝送部に供給される電気エネルギーの電圧値を制御する電圧制御回路を更に有することを要旨とする。
The wireless sensor terminal according to claim 2 is the wireless sensor terminal according to
請求項3に記載の無線センサ端末は、請求項1又は2に記載の無線センサ端末において、前記無線伝送部は、前記接点型センサ素子が前記導通状態である時間内で前記信号を無線伝送する高速起動型信号発振器を有することを要旨とする。
The wireless sensor terminal according to claim 3 is the wireless sensor terminal according to
請求項4に記載の無線センサ端末は、請求項1乃至3のいずれかに記載の無線センサ端末において、前記接点型センサ素子が前記導通状態である時間を計測する駆動時間計測部を更に有し、前記無線伝送部は、前記駆動時間計測部で計測された前記導通状態である時間のデータを更に無線伝送することを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention , the wireless sensor terminal according to any one of the first to third aspects further includes a drive time measuring unit that measures a time during which the contact sensor element is in the conductive state. The wireless transmission unit further wirelessly transmits the time data in the conduction state measured by the driving time measurement unit.
請求項5に記載の無線センサ端末は、請求項1乃至4のいずれかに記載の無線センサ端末において、自端末の識別情報を生成する識別情報生成回路を更に有し、前記無線伝送部は、前記接点型センサ素子が前記導通状態である時に前記識別情報を更に無線伝送することを要旨とする。
The wireless sensor terminal according to claim 5 further includes an identification information generation circuit that generates identification information of the terminal itself in the wireless sensor terminal according to any one of
以上より、本発明によれば、接点型センサ素子と無線伝送部を環境エネルギーやそれに基づく電気エネルギーで駆動し、接点型センサ素子の駆動時に蓄電素子内の電気エネルギーを無線伝送部に供給するため、無線センサ端末内でのエネルギー消費量が抑制され、無線センサ端末の低コスト化を実現できる。 As described above, according to the present invention, the contact-type sensor element and the wireless transmission unit are driven by environmental energy or electrical energy based thereon, and the electrical energy in the storage element is supplied to the wireless transmission unit when the contact-type sensor element is driven. The energy consumption in the wireless sensor terminal is suppressed, and the cost of the wireless sensor terminal can be reduced.
本発明によれば、無線センサ端末内でのエネルギー消費量が抑制され、無線センサ端末の低コスト化を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the energy consumption in a wireless sensor terminal is suppressed and the cost reduction of a wireless sensor terminal is realizable.
本発明は、(1)接点型の接点センサ素子を利用し、(2)接点センサ素子と無線部を環境エネルギーで駆動し、(3)蓄積された環境エネルギーを接点センサ素子の駆動時に無線部に供給することにより、モニタリング時における無線センサ端末のエネルギー消費量を極小まで抑制し、無線センサ端末の低コスト化を実現し、センサデータを低コストで収集するようにしている。 The present invention uses (1) a contact-type contact sensor element, (2) drives the contact sensor element and the radio unit with environmental energy, and (3) stores the stored environmental energy when the contact sensor element is driven. By supplying to the wireless sensor terminal, the energy consumption of the wireless sensor terminal during monitoring is suppressed to a minimum, the cost of the wireless sensor terminal is reduced, and sensor data is collected at a low cost.
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
〔第1の実施の形態〕
図1は、第1の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。この無線センサ端末1は、環境発電素子11と、蓄電素子12と、接点センサ素子13と、無線部14とで構成される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating an internal configuration of the wireless sensor terminal according to the first embodiment. The
環境発電素子11は、自然環境等の外環境の状態又はその状態の変化によりエネルギーを発生させる素子である。例えば、太陽電池(光電素子)、温度差発電素子、振動発電素子等である。
The
蓄電素子12は、一端が環境発電素子11の出力端に接続され、電荷エネルギーを蓄積する素子である。例えば、コンデンサや二次電池等である。
The
接点センサ素子13は、一端が蓄電素子12の他端に接続され、振動、温度変化、衝撃等が一定以上の値となった場合に、内部の接点が電気的に接触して両端間が導通状態となり、一方、非導通状態ではリーク電流以外のエネルギーを消費しない接点型の素子である。例えば、ボール型接点センサやサーミスタ等である。
The
無線部14は、入力端が接点センサ素子13の他端に接続され、入力された電気エネルギーを用いて信号を出力端から無線伝送する回路である。例えば、各種の論理回路や、水晶振動子等の発振素子を用いた信号発振器を組み合わせて実現される。
The
次に、無線センサ端末1の動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、接点センサ素子13(例えば、サーミスタ)が非導通状態において、環境発電素子11(例えば、温度差発電素子)により、設置環境内の温度変化による温度エネルギーが電気エネルギーに変換されて蓄電素子12に蓄積される。
First, when the contact sensor element 13 (for example, the thermistor) is in a non-conducting state, the energy generation element 11 (for example, the temperature difference power generation element) converts the temperature energy due to the temperature change in the installation environment into electric energy, and the
その後、その設置環境内の温度が閾値を超えると、その温度上昇により接点センサ素子13が導通状態に変化し、蓄電素子12に蓄積されている電気エネルギーが接点センサ素子13を介して無線部14に供給される。
Thereafter, when the temperature in the installation environment exceeds the threshold value, the
ここでの接点センサ素子13は、温度上昇という外環境の状態変化による環境エネルギーで初めて駆動し、その駆動時、つまり当該状態変化という外部信号を検知した時に、その検知情報を電気エネルギーに変換するセンサとして機能している。
The
最後に、接点センサ素子13から供給された電気エネルギーで無線部14が初めて駆動され、その駆動時に、その電気エネルギーを用いて検知用の信号が無線で他の装置に伝送される。
Finally, the
本無線センサ端末1によれば、電気エネルギーが時間に応じて蓄電素子12に継続して蓄積され、接点センサ素子13の接点が接触した瞬間にのみ電気エネルギーを解放するため、モニタリング時やセンシングの待ち時間においてほとんどエネルギーを消費しない。
According to the
これにより、仮に、蓄電素子12に単位時間あたりに蓄積される電気エネルギーの量に比べて、無線部14で単位時間あたりに消費される電気エネルギーの量が大きいような場合でも、センサの検知時間が短ければ十分動作することが可能となり、環境発電素子11の小型化が可能となる。従い、無線センサ端末のサイズを小さくできる。
Thereby, even if the amount of electrical energy consumed per unit time in the
本実施の形態によれば、接点センサ素子13と無線部14を環境エネルギーやそれに基づく電気エネルギーで駆動し、接点センサ素子13の駆動時に蓄電素子12内の電気エネルギーを無線部14に供給するので、無線センサ端末1内でのエネルギー消費量が抑制され、無線センサ端末1の低コスト化を実現でき、半永久的に動作させることが可能となる。
According to the present embodiment, the
〔第2の実施の形態〕
図2は、第2の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。この無線センサ端末1は、電圧制御回路15を更に備えて構成される。それ以外は、第1の実施の形態で説明した無線センサ端末1と同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration of the wireless sensor terminal according to the second embodiment. The
電圧制御回路15は、接点センサ素子13と無線部14との間に介在するように接続され、接点センサ素子13から無線部14に供給される電気エネルギーの電圧値を最適に調整する回路である。
The
本実施の形態によれば、無線部14に供給される電気エネルギーの電圧値を最適に調整するので、無線部14の動作を安定化できる。
According to the present embodiment, the voltage value of the electric energy supplied to the
〔第3の実施の形態〕
図3は、第3の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。この無線センサ端末1は、無線部14の信号発振器を高速起動信号発振器14aに変更して構成される。それ以外は、第2の実施の形態で説明した無線センサ端末1と同様である。
[Third Embodiment]
FIG. 3 is a diagram illustrating an internal configuration of a wireless sensor terminal according to the third embodiment. The
高速起動信号発振器14aは、接点センサ素子13の駆動時間内で信号を生成する高速起動型の信号発振器である。例えば、起動時間が1ns以下である高速起動のリング発振器や、FBAR・SAWデバイス等の水晶振動子よりもQ値が低い素子を共振器として使用した発振器等である。
The fast
これまでの実施の形態では、起動時間が10ms程度である水晶振動子を信号発振器として用いていた。一方、接点センサ素子13が導通状態である時間が短い場合を考慮し、本実施の形態では、その短時間でも無線部14が信号を送信できるように高速起動型の信号発振器を用いるようにする。
In the embodiments so far, a crystal resonator having a startup time of about 10 ms has been used as a signal oscillator. On the other hand, in consideration of the case where the
本実施の形態によれば、接点センサ素子13が導通状態の時間内で信号を生成する高速起動信号発振器14aを用いるので、その起動時間で消費するエネルギーを抑制しつつ極短時間で信号を送信できる。
According to the present embodiment, since the fast
〔第4の実施の形態〕
図4は、第4の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。この無線センサ端末1は、接触時間計測装置16を更に備えて構成される。それ以外は、第1の実施の形態で説明した無線センサ端末1と同様である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 4 is a diagram illustrating an internal configuration of a wireless sensor terminal according to the fourth embodiment. The
接触時間計測装置16は、接点センサ素子13の駆動時間を計測する装置である。例えば、接点センサ素子13と無線部14との間に介在するように接続され、接点センサ素子13の接点が接触している時間を計測し、無線部14に送信して信号と共に無線伝送させる。
The contact
具体的には、接点センサ素子13の接点が傾斜の際にオンになる場合、接点の接触時間を計測することにより、無線センサ端末1やその端末1が設置された物の現在の傾きを検知できる。この場合、ある傾きを取った際に常に信号を送信し続けるよりも、ある傾きを取った時間情報のみを送信した方がエネルギー的に高効率であるため、接触時間計測装置16を使用することでエネルギー消費量を抑制しつつ必要なデータを送信できる。
Specifically, when the contact of the
本実施の形態によれば、接点センサ素子13の接点が接触している時間を計測し、その接触時間のデータを併せて無線伝送するので、無線センサ端末1やその端末1が設置された物の現在の傾きを検知できる。
According to the present embodiment, since the contact time of the contact point of the
〔第5の実施の形態〕
図5は、第5の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating an internal configuration of a wireless sensor terminal according to the fifth embodiment.
この無線センサ端末1は、ID生成回路17を更に備えて構成される。それ以外は、第1の実施の形態で説明した無線センサ端末1と同様である。
The
ID生成回路17は、無線センサ端末1の識別情報(ID)を生成する回路である。例えば、接点センサ素子13と無線部14との間に介在するように接続され、接点センサ素子13の接点が接触した際にIDのデータを生成し、無線部14に送信して信号と共に無線伝送させる。
The
接点センサ素子13は、外部信号のオン・オフを検知するものであり、厳密なセンサ情報(例えば、駆動波形パターン)を送信する必要が無い。この場合、接点センサ素子13が接触した瞬間にIDデータを送信すれば、センサ情報そのものを送信せずとも外部信号の検知を認識できる。更に、無線センサ端末1の位置情報が既知であった場合、IDデータを送信することにより、どの無線センサ端末1が反応したかを把握でき、簡易な構成でセンサ情報を取得できる。
The
本実施の形態によれば、無線センサ端末1のIDを生成し、接点センサ素子13の接点が接触した際にIDデータを併せて無線伝送するので、簡易な構成で外部信号を検知できる。
According to the present embodiment, since the ID of the
1…無線センサ端末
11…環境発電素子(発電素子)
12…蓄電素子
13…接点センサ素子(接点型センサ素子)
14…無線部(無線伝送部)
14a…高速起動信号発振器(高速起動型信号発振器)
15…電圧制御回路
16…接触時間計測装置(駆動時間計測部)
17…ID生成回路(識別情報生成回路)
DESCRIPTION OF
12 ...
14 ... Wireless section (wireless transmission section)
14a ... Fast start signal oscillator (fast start type signal oscillator)
15 ...
17 ... ID generation circuit (identification information generation circuit)
Claims (5)
前記電気エネルギーを蓄積する蓄電素子と、
前記環境エネルギーによって内部の接点が電気的に接触して入出力端が導通状態に変化した時に、前記蓄電素子に蓄積されている電気エネルギーを無線伝送部に供給する接点型センサ素子と、
前記接点型センサ素子から供給された電気エネルギーで駆動し、駆動時に信号を無線伝送する無線伝送部と、を有し、
前記無線伝送部で単位時間あたりに消費される電気エネルギーの量は、前記蓄電素子に単位時間あたりに蓄積される電気エネルギーの量よりも大きく、
前記無線伝送部は、前記接点型センサ素子が前記導通状態に変化したことを前記信号として無線伝送することを特徴とする無線センサ端末。 A power generation element that converts environmental energy caused by the outside environment into electrical energy;
A storage element for storing the electrical energy;
A contact-type sensor element supplies the electrical energy stored in the energy storage device to radio transmission section when the internal contact input and output terminals in electrical contact has changed to the conduction state by the environmental energy,
A wireless transmission unit that is driven by electrical energy supplied from the contact-type sensor element and wirelessly transmits a signal during driving ;
The amount of electrical energy consumed per unit time in the wireless transmission unit is greater than the amount of electrical energy stored per unit time in the power storage element,
The wireless sensor terminal wirelessly transmits as a signal that the contact sensor element has changed to the conductive state .
前記接点型センサ素子が前記導通状態である時間内で前記信号を無線伝送する高速起動型信号発振器を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の無線センサ端末。3. The wireless sensor terminal according to claim 1, further comprising a fast start signal oscillator that wirelessly transmits the signal within a time in which the contact sensor element is in the conductive state.
前記無線伝送部は、前記駆動時間計測部で計測された前記導通状態である時間のデータを更に無線伝送することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の無線センサ端末。4. The wireless sensor terminal according to claim 1, wherein the wireless transmission unit further wirelessly transmits data of the conduction time measured by the driving time measurement unit. 5.
前記無線伝送部は、前記接点型センサ素子が前記導通状態である時に前記識別情報を更に無線伝送することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の無線センサ端末。The wireless sensor terminal according to claim 1, wherein the wireless transmission unit wirelessly transmits the identification information when the contact sensor element is in the conductive state.
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